JP4046774B2 - 蒸気タービンの断熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンの部分車室間の断熱装置、特にうず流入形蒸気タービンの内部車室と外部車室との間の断熱装置に関する。
うず流入形蒸気タービンの流入室は例えばドイツ特許出願公開第３６１７５３７号明細書で知られている。その蒸気タービンの互いに対向して支持されているか互いに接している両部分車室間に、特にトルク支持装置の範囲ないし内部車室を外部車室に接触支持する範囲において、外部車室と内部車室との間には一般に例えば約１０００〜２０００ｋＮの大きな力と大きな温度差が生ずる。即ち、蒸気タービンに流入する蒸気が例えば６０バールの高圧力を有しているために、それぞれの支持装置あるいはブラケットに大きなトルクが生ずる。上述の蒸気圧の場合にはそれに伴ってそれぞれの支持装置にかかる力は約１５０トンとなる。
ドイツ特許出願公告第１０５５５４９号明細書にはさみ金が提案されている。このはさみ金はタービン外部車室の分割フランジの範囲においてタービン外部車室とこのタービン外部車室上に置かれたタービン内部車室のブラケットとの間に配置されている。この場合のはさみ金は支持横断面積を限定する孔を有する圧力板である。この圧力板の設計は特に、内部車室のブラケットと外部車室のフランジとの間に低温状態において存在する隙間を大きな熱膨張により除く際に、外部車室のフランジに許容できない応力が生じないようにすることに重点が置かれている。これは、圧力板を塑性変形できるようにし、これによって外部車室のフランジへの応力の導入を減少できるようにする孔によって達成される。
スイス特許第６６５４５０号明細書および同第６６６９３７号明細書にそれぞれうず流入形蒸気タービンが提案されている。その外部車室のそれぞれのフランジの範囲に、外部車室と内部車室との間に詳述されていない構造部品が配置されている。
本発明の課題は、特にうず流入形蒸気タービンの流入室用に特に適した蒸気タービンの部分車室間の断熱装置を提供することにある。
本発明によればこの課題は請求項１に記載の手段によって解決される。この場合本発明において、両部分車室の対向して位置する接触支持面あるいは支持面間の支持領域にはめ込まれる横断面積を減少させられたはさみ金あるいは中間要素が考慮されている。
このはさみ金は、少なくとも蒸気タービンに蒸気が供給されている場合、蒸気タービンの両部分車室間で力を伝達するために使われる。同様にはさみ金を追加的にあるいはそれに代えて、室温に比べて高い温度において部分車室のそれぞれの材料に比べて高い強度を有する材料で作ることができる。これは特に、高圧および５００℃以上の温度特に５５０〜６５０℃の温度に曝される蒸気タービンにおいて特に価値がある。
本発明は一方では、部分車室を互いに整合するためにも使われるはさみ金の内部では、このはさみ金の内部における許容圧縮応力ははさみ金から部分車室への許容面圧より数倍大きいので、許容圧縮応力あるいは表面応力の値まで材料を減少させることができるという考えから出発している。他方では、寸法および材料に関して適当に設計されたはさみ金のそのような意図的な材料の減少は、はさみ金を貫流する熱量を、その熱量がはさみ金の内部における残り横断面積によって決められるので減少させる。これによっていわば熱絶縁が生じ、蒸気タービンの部分車室に対して新しい材料を使用する必要がなくなる。蒸気タービンに流入する蒸気の温度が５８０℃の高温度である場合、大きな熱量が内部車室からそれぞれの支持装置を介して外部車室に伝達される。内部車室が耐熱鋳鋼で作られ、外部車室が最大３５０℃の比較的小さな許容耐熱性の球状黒鉛鋳鉄で作られているとき、はさみ金によって、内部車室から外部車室への許容できない程大きな熱伝達が防止される。内部車室と外部車室との温度差は約２００〜３００Ｋとなる。
はさみ金がその両接触面間の横断面積を減少させるために開口及び／又は中空室を有していると好ましい。そのような横断面積を減少させる開口は後から例えばドリル加工、フライス加工、レーザ加工あるいは別の適当な方法ではさみ金に設けられる。この場合、はさみ金は単一部品であるいは複数の部品で作られていてもよい。複数の部品で作られる場合、上述の開口あるいは中空室は、互いに結合されるはさみ金部分に設けられたくぼみ、スリット、凹所などによって形成できる。好適にはそのような複数の部品から成るはさみ金の場合、各はさみ金部分は、はさみ金部分が接合された際に肉部によって互いに分離される通路を形成するくぼみ特に溝を有している。はさみ金を冷却するために、そのような通路を通して蒸気あるいは同様の冷却媒体を流すことができる。
本発明の有利な実施態様において、好適には直方体のはさみ金は並べて配置された多数の貫通孔を有している。その貫通孔は有利にははさみ金の対向位置する両接触面に対して平行に延び、好適にはその長手方向に対して直角に延びている。これによって貫通孔ははさみ金を冷却するために例えば補助冷却媒体によって、あるいは対流だけで貫流される。これはまた、貫通孔がはさみ金の長手方向に延びているときも保証される。これは例えば、はさみ金の姿勢あるいは取付け位置に応じてはさみ金の長手方向における貫流が望まれるか必要とされるときに有利である。
特に孔を開けられたはさみ金は、目的に適って外部車室と内部車室との互いに対向位置するブラケットで形成されているトルク支持装置が両側に配置されたうず形車室に使用するのに特に適している。そのブラケットは外部車室の内面ないし内部車室の外面にそれらと一体に形成されている。はさみ金は有利には両部分車室を互いに整合するために調整ばねあるいはシムとしても利用できる。
以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、はさみ金付きトルク支持装置を両側に備えているうず流入形蒸気タービンの流入室の横断面図、
図２は、図１のＩＩ部分の拡大断面図（はさみ金が内外車室にあるブラケット間に配置されている部分の拡大断面図）、
図３は孔が開けられているはさみ金の斜視図、
図４は組み合わせて構成されたはさみ金の斜視図である。
各図において同一部分には同一符号が付されている。
図１におけるうず流入形蒸気タービン２の流入室１は２つの流路３ａ、３ｂを有し、これらの各流路３ａ、３ｂはそれぞれ入口４、５を有し、それぞれタービン翼列をそのほぼ半分づつ含んでいる。流入室１は流路３ａ、３ｂを形成する内部車室６とこれを同心的に包囲する外部車室７から構成されている。内部車室６および外部車室７はそれぞれ上側車室部分６ａ、７ａと下側車室部分６ｂ、７ｂから組み立てられ、同一の接合面８に沿ってフランジ継手９、１０によって互いにボルト結合されている。内部車室６は外部車室７に対して、接合面８に対して直角に位置しはさみ金１１を備えた２つのトルク支持装置１２を介して支持されている。
図２にはそのようなトルク支持装置１２が示され、このトルク支持装置１２は内部車室６の外側面および外部車室７の内側面にそれぞれ一体形成されているブラケット１３、１４を含んでいる。これらのブラケット１３、１４は、位置固定の外部車室７に対する内部車室６の支持面を形成しているので、蒸気タービン２の運転中に内部車室６に作用するトルクは、外部車室７を介してタービン固定装置（図示せず）に伝達される。互いに間隔を隔てられた両ブラケット１３、１４間に支持領域１５が設けられ、この支持領域１５に図３に示されているはさみ金１１が配置されている。
はさみ金１１は直方体をしており、好適には耐熱鋼例えばクロム・モリブデン・バナジウム合金のＸ２２ＣｒＭｏＶ１２１で作られている。５６０〜５８０℃の蒸気温度および１８０バールの蒸気圧力（主蒸気状態）用に設計されている総電気出力３５０ＭＷの蒸気タービン２の場合、はさみ金１１の長さＬは約２４０ｍｍ、幅Ｂは約５０ｍｍ、高さＨは約１００ｍｍである。はさみ金１１はその両側面がそれぞれ、はさみ金１１を支持領域１５に挿入した際にブラケット１３、１４の対応した接触面に接する接触面１６、１７となっている。はさみ金１１は両側端に端面１８、１９を有し、その一方の端面１８が図２に示されている。はさみ金１１は更に上下端に長手面を有し、その上側の長手面２０だけが図３に示されている。
はさみ金１１は孔開口として６個の貫通孔２１を有し、これらの貫通孔２１はこの実施例において接触面１６、１７に対して平行に且つ長手方向に対して直角に即ち貫流面２０を貫通して延びている。このように貫通孔２１を配置することによって、内部車室６と外部車室７との間の中間室２２内に流線２３に沿った流れが生ずる（図２参照）。あるいはまた、貫通孔２１が長手面２０に対して平行に延び端面１８、１９を貫通するようにすることもできる。
隣接する貫通孔２１間の中間肉部幅ｄ１は約１０ｍｍであり、両側縁部における縁側肉部幅ｄ２はそれぞれ約５ｍｍである。そのクロム・モリブデン・バナジウム合金のＸ２２ＣｒＭｏＶ１２１で作られているはさみ金１１における寸法Ｌ、Ｂ、Ｈは、６５Ｎ／ｍｍ²の許容面圧用として設計されている。その場合、材料体内では、即ちはさみ金１１内では３００〜４００Ｎ／ｍｍ²の圧縮応力が許容される。貫通孔２１の数並びにその孔直径ｄ３および肉部幅ｄ１、ｄ２は従って、貫通孔２１間の中間肉部２４および両縁側肉部２５によって形成されている残り断面積が許容圧縮応力まで利用されるように決められている。
内部車室６から外部車室７への熱伝達に対しては肉部２４、２５しか役立たないので、はさみ金１１を貫流する熱量は、同じ大きさの中実材料に比べて減少する。そのはさみ金１１は内部車室６を外部車室７に対して整合するためにも、特に製造公差によって生ずる遊びを両ブラケット１３、１４間の支持領域１５において補償するためにも使用される。
図４には２つのはさみ金部分３１、３２から組み立てられているはさみ金１１が斜視図で示されている。このはさみ金１１は両はさみ金部分３１、３２の組立後にの構造形状が図３で既に述べたはさみ金１１に一致している。従ってその作用および利点については図３の説明を参照されたい。はさみ金部分３１、３２はそれぞれ断面半円形の溝状くぼみを有しているので、両はさみ金部分３１、３２が組み立てられた際、貫通孔２１に類似した断面円形の直径ｄ３の通路が生ずる。同様に各はさみ金部分３１、３２に追加してあるいはそれに代えて、はさみ金部分３１、３２を組み立てた際に例えば球状中空室を形成する半球状あるいは類似形状のくぼみを設けることもできる。これらのすべての実施形状において、接触面１６、１７間の横断面積を、はさみ金１１を通る熱伝達に対して横断面積が減少するように、減少させることができる。従ってはさみ金１１は、蒸気タービン２の内部車室６に対する外部車室７の熱絶縁部を形成する。追加的に貫通孔２１を通して冷却媒体２３が流されると、蒸気タービン２の内部車室６と外部車室７との間の熱伝達は一層減少する。

Claims (8)

1. 蒸気タービン（２）の部分車室（６、７）間の断熱装置において、両部分車室（６、７）の互いに対向している支持面（１３、１４）の支持領域（１５）にはめ込まれるはさみ金（１１）を含み、このはさみ金（１１）が、それぞれ支持面（１３、１４）に面する接触面（１６、１７）を有し、その両接触面（１６、１７）間の断面積を減少させられ、蒸気タービン（２）に蒸気が供給されている際に部分車室（６、７）間で力を伝達するために使われ、さらに、前記はさみ金（１１）の材料が、室温に比べて高い温度において部分車室（６、７）の材料より大きな強度を有する材料で作られていることを特徴とする蒸気タービンの部分車室間の断熱装置。
2. はさみ金（１１）が断面積を減少させるための複数の開口（２１）及び／又は中空室を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. はさみ金（１１）が孔開口（２１）を有していることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. はさみ金（１１）がその接触面（１６、１７）に対して平行に配置された複数の貫通孔（２１）を有していることを特徴とする請求項２又は３記載の装置。
5. はさみ金（１１）が断熱鋼で作られていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の装置。
6. はさみ金（１１）がうず形車室（１）内において外部車室（７）および内部車室（６）の互いに対向して位置するブラケット（１３、１４）間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の装置。
7. 支持面がそれぞれの部分車室（６、７）に一体形成されたブラケット（１３、１４）であることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の装置。
8. 孔開口（２１）間の複数の肉部（２４、２５）によって形成されている残り断面積が、はさみ金（１１）の許容圧縮応力を受けるために設計されていることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の装置。

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